论文部分内容阅读
摘 要：为了能够给公交乘客提供优质的换乘查询服务，选择了操作方便的短信查询方式，构建了云计算中心集中受理查询请求。同时设计了分枝算法，具有最少换乘次数优先、相同换乘次数时站点最少优先的特点。该系统能够给公交乘客带来便利，从而吸引出行者优先选择公交车出行方式。
关键词：云计算；短信平台；换乘算法
中图分类号：TP311.52 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2013） 04-0000-02
2013年1月份中国出现了大面积雾霾天气，许多城市的空气质量达到6级严重污染。众所周知，雾霾天气最根本原因是污染物排放量增加，雾霾事件增强了公民的环保危机感。大力发展公共交通，限制私家车出行，是减少雾霾天气的有效措施。公共交通是城市发展的最重要的交通基础设施，是关系民生的公益事业[1]。大力发展公交，需要政府从财政、装备、宣传、政策、科技上给予充分的支持，基于此目的，设计了一套基于云计算的公交换乘查询系统，公交乘客可以利用手机短信查询最优的公交换乘方案[2]。
1 系统架构的设计
在公交公司机房架设云计算中心，接收全市公交车以GPRS方式传送的GPS数据，了解各公交线路的运营情况、车间距离。云计算中心集中受理乘客发出的换乘查询请求，为每位乘客提供最优的公交换乘方案。在云计算技术的支持下，数据处理和计算过程被集中云端，乘客可以使用计算性能较差的手机作为查询终端。
2 车载端的设计
车载端的MCU选择AVR MEGA162，该芯片拥有512 Byte的EEPROM，16k Byte的FLASH。在MCU上开发程序，工作步骤如下：1）上电复位，对MCU的IO口、时钟初始化；2）对GPS模块冷启动并初始化；3）启动GPRS MODEM模块并初始化；4）设置GPRS通讯的远端IP地址和通讯端口；5）MCU按30s周期读取GPS数据，仅保留“$GPRMC”数据包；6）MCU通过GPRS MODEM把“$GPRMC”数据包发至远端IP地址的特定端口。
GPS模块选择SDT11，该模块具有16路卫星接收通道，串口通讯波特率9.6k，灵敏度-158 dBm，精度<2.5m，通讯协议采用“NMEA-0183”，即通讯协议中包括了“$GPRMC”、“$GPGLL”、“$GPGSV”、“$GPGGA”、“$GPGSA”等格式的小数据包。这些信息均通过串口发送给MCU。
GPRS MODEM模块选择PIML-900/1800，该模块集成了完整的GSM基带处理电路和射频电路，带GPRS Class10功能，内嵌TCP/IP协议，简化了GPRS通讯的开发难度。该模块串口默认通讯波特率9.6k，MCU通过串口使用AT指令控制模块正常工作。
3 系统开发
云计算中心申请一个固定IP，购买一台数据库服务器，购买一台办公计算机做为通讯服务器，选用五台淘汰的旧计算机作为计算服务器。目前云计算有三种类型，公有云、私有云、混合云。公有云指为外部客户提供服务的云，它所有的服务是供别人使用，而不是自己用。私有云，是指企业自己使用的云，它所有的服务不是供别人使用，而是供自己内部人员或分支机构使用。私有云的部署比较适合于有众多分支机构的大型企业或政府部门。混合云，是指供自己和客户共同使用的云，它所提供的服务既可以供别人使用，也可以供自己使用。本项目设计为私有云的模式。
3.1 公交车位置信息的采集
在通讯服务器上，采用Microsoft Visual Studio 2008的C#.net开发监听公交车位置信息的通讯模块，调用Winsock控件，将Winsock控件的“Protocol”属性设置为UDPProtocol，即指定采用UDP协议，将Winsock控件的“RemoteHost”属性设置为要连接的固定IP地址，利用Winsock控件的“Bind”方法指定通讯服务器的端口，利用Winsock控件的“DataArrival”事件接收车载端发出的数据包，将公交车位置信息、运营状态存入SQL SERVER数据库。仅有处于正常运营状态的公交线路才参加换乘算法的计算，避免乘客获得的换乘方案不可执行。
3.2 短信平台的开发
在通讯服务器上安装一台GPRS MODEM用于接收乘客以短信形式发送的换乘查询请求，把查询请求存入SQL SERVER数据库，随机选择一台空闲计算服务器承担换乘计算任务。换乘选优模块采用Microsoft Visual FoxPro 9.0开发。
短信平台分别由应用界面层，业务数据层，业务逻辑层，短信缓存层和硬件控制层组成。该平台支持了短信群发、自动应答及短信回执。短信平台自设Access数据库用于存储短信收发数据。手机及GSM MODEM可统称为GSM设备。GSM设备均遵循GSM07.05协议，都支持“AT”指令集。因为GSM设备为单任务慢速设备，因而在“任务队列”至“GSM设备”之间采用单线程，逐个完成队列中的预设任务，其它部分采用多线程以提高工作效率。
3.3 换乘算法的研究
（1）最短路径算法。在出行路径选优中常用最短路径算法，例如Moore-pae算法、Floyd算法、Dijkstra算法等。其中以Dijkstra算法为代表，由E·W·Dijkstra于1959年设计，是目前公认的最优秀的最短路径算法之一。但是实验证明最短路径算法适合自驾车出行，应用于公交车出行中，由于追求最短路径，有时出现乘一站换一路公交车的现象，因此常用的最短路径算法不适合应用于公交换乘的需求。
（2）分枝搜索算法。通过对公交乘客的消费心理问卷调查可知，公交乘客在消费中偏向于最少换乘次数优先，其原因是换乘要产生更多的乘车费用，同时换乘需要消耗更多的乘车时间，同时还存换乘失败的风险，增加了出行的不确定因素。针对公交乘客特有的消费心理，设计一个分枝搜索算法，把正在运营的公交线路组成分枝，以获得两点间的所有互通方案。以搜索公交站点A至公交站点B之间的换乘方案为例，搜索过程如下所述。
1）搜索直达方案：从公交站点A出发，选择一条经过A的公交线路为主干，考察主干中是否出现B。如果出现多个B，说明存在多种直达乘车方案。如果所有主干均未出现B，则说明从A不能直达B。2）搜索一次换乘方案：经过A的公交线路设为主干，每条主干线上A之后站点的公交线路全部绘制出来，成为第一层枝。考察所有的第一层枝上是出现B。如果未出现B，则说明从A一次换乘不能到达B。为了避免出现死循环，公交线路在分枝中仅允许出现一次。3）搜索二次换乘方案：在第一层枝中添加第二层枝，考察所有的第二层枝上是出现B。如果未出现B，则说明从A二次换乘不能到达B。4）搜索三次换乘方案：在第二层枝中添加第三层枝，考察所有的第三层枝上是出现B。如果未出现B，则说明从A三次换乘不能到达B。前期针对公交乘客的消费心理调查表明，9成的公交乘客不会接受四次换乘公交车的出行方案，将会优先选择出租车出行的方式。另外在多个一线城市实验，三次换乘已能实现任意两个站点互通。如果三次换乘还不能到达目的地，应首先考虑对城市公交线路网络进行优化。
4 总结
优先发展城市公交，能够提高交通资源利用率，是节能减排的有效措施。然而要彻底实现“公交优先”，政府不仅仅要加强公交基础设施的建设，还要改善公交乘客的消费体验，为公交乘客提供优良的信息服务。本系统选择操作最方便的手机短信查询的方式，并构建云计算中心集中处理公交乘客发出的查询请求。使用分枝搜索算法，减少了查询换乘方案时服务器资源的消耗，提高了系统响应速度。
参考文献：
[1]王靖阳，李林波，王珺.关于城市公共交通综合换乘枢纽建设的思考[J].交通科技与经济，2006，3：99-101.
[2]林宇洪，沈嵘枫，邱荣祖.南方林区林产品运输监管系统的研究[J].北京林业大学学报，2011，33（5）：130-135.
[作者简介]陈建龙（1981.10-），性别：男，籍贯：广东阳江，学校：湖北工业大学理学院，研究方向：计算机技术。
关键词：云计算；短信平台；换乘算法
中图分类号：TP311.52 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2013） 04-0000-02
2013年1月份中国出现了大面积雾霾天气，许多城市的空气质量达到6级严重污染。众所周知，雾霾天气最根本原因是污染物排放量增加，雾霾事件增强了公民的环保危机感。大力发展公共交通，限制私家车出行，是减少雾霾天气的有效措施。公共交通是城市发展的最重要的交通基础设施，是关系民生的公益事业[1]。大力发展公交，需要政府从财政、装备、宣传、政策、科技上给予充分的支持，基于此目的，设计了一套基于云计算的公交换乘查询系统，公交乘客可以利用手机短信查询最优的公交换乘方案[2]。
1 系统架构的设计
在公交公司机房架设云计算中心，接收全市公交车以GPRS方式传送的GPS数据，了解各公交线路的运营情况、车间距离。云计算中心集中受理乘客发出的换乘查询请求，为每位乘客提供最优的公交换乘方案。在云计算技术的支持下，数据处理和计算过程被集中云端，乘客可以使用计算性能较差的手机作为查询终端。
2 车载端的设计
车载端的MCU选择AVR MEGA162，该芯片拥有512 Byte的EEPROM，16k Byte的FLASH。在MCU上开发程序，工作步骤如下：1）上电复位，对MCU的IO口、时钟初始化；2）对GPS模块冷启动并初始化；3）启动GPRS MODEM模块并初始化；4）设置GPRS通讯的远端IP地址和通讯端口；5）MCU按30s周期读取GPS数据，仅保留“$GPRMC”数据包；6）MCU通过GPRS MODEM把“$GPRMC”数据包发至远端IP地址的特定端口。
GPS模块选择SDT11，该模块具有16路卫星接收通道，串口通讯波特率9.6k，灵敏度-158 dBm，精度<2.5m，通讯协议采用“NMEA-0183”，即通讯协议中包括了“$GPRMC”、“$GPGLL”、“$GPGSV”、“$GPGGA”、“$GPGSA”等格式的小数据包。这些信息均通过串口发送给MCU。
GPRS MODEM模块选择PIML-900/1800，该模块集成了完整的GSM基带处理电路和射频电路，带GPRS Class10功能，内嵌TCP/IP协议，简化了GPRS通讯的开发难度。该模块串口默认通讯波特率9.6k，MCU通过串口使用AT指令控制模块正常工作。
3 系统开发
云计算中心申请一个固定IP，购买一台数据库服务器，购买一台办公计算机做为通讯服务器，选用五台淘汰的旧计算机作为计算服务器。目前云计算有三种类型，公有云、私有云、混合云。公有云指为外部客户提供服务的云，它所有的服务是供别人使用，而不是自己用。私有云，是指企业自己使用的云，它所有的服务不是供别人使用，而是供自己内部人员或分支机构使用。私有云的部署比较适合于有众多分支机构的大型企业或政府部门。混合云，是指供自己和客户共同使用的云，它所提供的服务既可以供别人使用，也可以供自己使用。本项目设计为私有云的模式。
3.1 公交车位置信息的采集
在通讯服务器上，采用Microsoft Visual Studio 2008的C#.net开发监听公交车位置信息的通讯模块，调用Winsock控件，将Winsock控件的“Protocol”属性设置为UDPProtocol，即指定采用UDP协议，将Winsock控件的“RemoteHost”属性设置为要连接的固定IP地址，利用Winsock控件的“Bind”方法指定通讯服务器的端口，利用Winsock控件的“DataArrival”事件接收车载端发出的数据包，将公交车位置信息、运营状态存入SQL SERVER数据库。仅有处于正常运营状态的公交线路才参加换乘算法的计算，避免乘客获得的换乘方案不可执行。
3.2 短信平台的开发
在通讯服务器上安装一台GPRS MODEM用于接收乘客以短信形式发送的换乘查询请求，把查询请求存入SQL SERVER数据库，随机选择一台空闲计算服务器承担换乘计算任务。换乘选优模块采用Microsoft Visual FoxPro 9.0开发。
短信平台分别由应用界面层，业务数据层，业务逻辑层，短信缓存层和硬件控制层组成。该平台支持了短信群发、自动应答及短信回执。短信平台自设Access数据库用于存储短信收发数据。手机及GSM MODEM可统称为GSM设备。GSM设备均遵循GSM07.05协议，都支持“AT”指令集。因为GSM设备为单任务慢速设备，因而在“任务队列”至“GSM设备”之间采用单线程，逐个完成队列中的预设任务，其它部分采用多线程以提高工作效率。
3.3 换乘算法的研究
（1）最短路径算法。在出行路径选优中常用最短路径算法，例如Moore-pae算法、Floyd算法、Dijkstra算法等。其中以Dijkstra算法为代表，由E·W·Dijkstra于1959年设计，是目前公认的最优秀的最短路径算法之一。但是实验证明最短路径算法适合自驾车出行，应用于公交车出行中，由于追求最短路径，有时出现乘一站换一路公交车的现象，因此常用的最短路径算法不适合应用于公交换乘的需求。
（2）分枝搜索算法。通过对公交乘客的消费心理问卷调查可知，公交乘客在消费中偏向于最少换乘次数优先，其原因是换乘要产生更多的乘车费用，同时换乘需要消耗更多的乘车时间，同时还存换乘失败的风险，增加了出行的不确定因素。针对公交乘客特有的消费心理，设计一个分枝搜索算法，把正在运营的公交线路组成分枝，以获得两点间的所有互通方案。以搜索公交站点A至公交站点B之间的换乘方案为例，搜索过程如下所述。
1）搜索直达方案：从公交站点A出发，选择一条经过A的公交线路为主干，考察主干中是否出现B。如果出现多个B，说明存在多种直达乘车方案。如果所有主干均未出现B，则说明从A不能直达B。2）搜索一次换乘方案：经过A的公交线路设为主干，每条主干线上A之后站点的公交线路全部绘制出来，成为第一层枝。考察所有的第一层枝上是出现B。如果未出现B，则说明从A一次换乘不能到达B。为了避免出现死循环，公交线路在分枝中仅允许出现一次。3）搜索二次换乘方案：在第一层枝中添加第二层枝，考察所有的第二层枝上是出现B。如果未出现B，则说明从A二次换乘不能到达B。4）搜索三次换乘方案：在第二层枝中添加第三层枝，考察所有的第三层枝上是出现B。如果未出现B，则说明从A三次换乘不能到达B。前期针对公交乘客的消费心理调查表明，9成的公交乘客不会接受四次换乘公交车的出行方案，将会优先选择出租车出行的方式。另外在多个一线城市实验，三次换乘已能实现任意两个站点互通。如果三次换乘还不能到达目的地，应首先考虑对城市公交线路网络进行优化。
4 总结
优先发展城市公交，能够提高交通资源利用率，是节能减排的有效措施。然而要彻底实现“公交优先”，政府不仅仅要加强公交基础设施的建设，还要改善公交乘客的消费体验，为公交乘客提供优良的信息服务。本系统选择操作最方便的手机短信查询的方式，并构建云计算中心集中处理公交乘客发出的查询请求。使用分枝搜索算法，减少了查询换乘方案时服务器资源的消耗，提高了系统响应速度。
参考文献：
[1]王靖阳，李林波，王珺.关于城市公共交通综合换乘枢纽建设的思考[J].交通科技与经济，2006，3：99-101.
[2]林宇洪，沈嵘枫，邱荣祖.南方林区林产品运输监管系统的研究[J].北京林业大学学报，2011，33（5）：130-135.
[作者简介]陈建龙（1981.10-），性别：男，籍贯：广东阳江，学校：湖北工业大学理学院，研究方向：计算机技术。